INSTRUMENTACIÓN DE UN MECÁNISMO PLANEADOR DE

INSTRUMENTACIÓN DE UN MECÁNISMO PLANEADOR DE
TRAYECTORIAS A ESCALA DE UN ROBOT INDUSTRIAL PUMA.
Tapia Torres, M. del C.; Colín Robles, J.A.
Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Querétaro
RESUMEN
Para la instrumentación del mecanismo se utilizaron sensores ópticos (encoders), para la
lectura de estos sensores se utilizo una descripción en una tarjeta FPGA, en este caso se
utilizó una SPARTAN, la cual contiene la configuración para obtener la lectura del
encoder, visualizarla en un display de 7 segmentos y enviarla a la PC a través del puerto
serial RS232, ya en la computadora en un programa de MATLAB se convirtieron las
cuentas del encoder en grados, y se pudo comprobar que toda la adquisición de datos era
la correcta, debido a que coincidían con el movimiento del sensor óptico.
Por lo obtenido en la lectura del encoder se puede resumir que es eficiente la utilización
de sensores ópticos como auxiliar para medir ángulos.
INTRODUCCIÓN
La Universidad Autónoma de Querétaro cuenta en su facultad de Ingeniería con un
robot industrial PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly). A la fecha,
se tiene el diseño mecánico del robot manipulador y la parte del control automático, Sin
embargo, no se cuenta con un dispositivo tecnológico que ayude a programar la
trayectoria a seguir. De tal manera que se está desarrollando actualmente un mecanismo
maestro a escala pequeña del robot PUMA de material de aluminio que ayude a
proporcionar información de la trayectoria en coordenadas cartesianas y en coordenadas
articulares que pueda seguir el efector final del robot PUMA, en aplicaciones futuras, ya
sea en línea o fuera de línea.
Por otra parte, para obtener información en coordenadas cartesianas de la trayectoria se
requiere del estudio de la cinemática directa del propio mecanismo maestro, es decir, la
relación entre la posición articular q de cada eslabón y la posición y orientación x del
órgano terminal del mecanismo. Entre otras palabras, una relación de la forma x=f(q). A
diferencia del modelo cinemático directo, el modelo cinemático inverso consiste
justamente en la relación inversa del modelo cinemático directo, es decir, es la relación
entre la posición cartesiana x y la posición articular q, i.e., q=f -1(x). La determinación
de esta relación inversa puede ser complicado, pudiendo tener, inclusive, ninguna o
múltiples soluciones. Sin embargo, con la ayuda de sensores de posición articular
instalados sobre la estructura mecánica del mecanismo maestro a escala, es posible
obtener información en coordenadas articulares correspondientes a una trayectoria en
coordenadas cartesianas del órgano terminal de dicho mecanismo sin realizar un estudio
de su cinemática inversa, por lo tanto, dicha trayectoria correspondería a la trayectoria
real seguida por el órgano terminal del robot PUMA pero a escala inferior.
Por lo tanto, este mecanismo ayudaría a omitir el cálculo de la cinemática inversa del
propio robot PUMA, ya que proporcionaría de manera directa información en
coordenadas angulares de la trayectoria correspondiente en coordenadas cartesianas que
pueda seguir éste. Esto se logrará mediante la instrumentación de dicho mecanismo
mediante el uso de sensores de posición angular, tales como, decodificadores ópticos.
EXPERIMENTAL
Para el proyecto se utilizó un encoder de 2000 cuentas y para su configuración se
desarrollo el diagrama a bloques de la Error! Reference source not found. lo cual
fue programado en el FPGA( SPARTAN 3) mediante el lenguaje descriptivo en VHDL.
Figura 1 Diagrama a Bloques para la configuración del sensor óptico(encoder)
Para la visualización de la lectura de desarrollo una interfaz grafica en MATLAB. Con
la conversión de cuentas de encoder a Grados, dicha interfaz se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Interfaz Gráfica de la lectura del Encoder
RESULTADOS
Se desarrollaron dos pruebas la primera girando el encoder de manera que la cuenta
incrementará, en la Figura 3 se nota el numero de cuentas generado por el giro del
encoder, pasando este número a Decimal tenemos un total de 8000 convirtiendo a
grados abtenemos una revolución o 360°.
Figura 3 Lectura de cuentas del encoder al terminarse una revolución positiva
Por otro lado también se realizo el giro decrementando la cuenta y al ser congelada esta
por la señal del index se tomo la lectura de la Figura 4 que nos da un decimal un 57536
cuentas, en el programa de Matlab está señalado que este ya es un numero negativo por
lo que le aplica complemento a 2 para saber el verdadero valor de la lectura, esta nos
resulto un menos 360°.
Figura 4 Lectura de cuentas del encoder al efecftuarse una revolución negativa
CONCLUSIONES
Conociendo los ángulos con los que se mueve los eslabones del mecanismo y sabiendo
que los encoders son efectivos, se puede determinar la posición con simple cinemática
directa, ya que con la configuración del encoder sabemos que es real la posición del
mecanismo
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